(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求に応じて吸排気弁の作動を停止させる弁停止機構を備える内燃機関における該弁停止機構の故障を検出する故障検出装置において、
前記内燃機関が有する気筒には、複数の排気弁が存在し、
排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
弁停止要求時以降の前記空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度に基づいて、停止要求時に閉弁保持できない故障排気弁の数を検出する故障判定手段と、
を備え、
前記故障判定手段は、前記排気空燃比の変化速度が大きいほど前記故障排気弁の数が多いと判断することを特徴とする故障検出装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、複数の前記気筒を有しており、前記故障判定手段は、前記空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度が変化するタイミングに基づいて故障排気弁を有する気筒を判定することを特徴とする請求項１記載の故障検出装置。
【請求項３】
前記排気空燃比の時間変化率は、エンジンの回転数または車速が大きいほど多くなるという関係が記憶された記憶装置を更に備え、
前記故障判定手段は、前記関係と前記空燃比検出手段で検出された前記排気空燃比とを利用して故障排気弁の数を検出することを特徴とする請求項１に記載の故障検出装置。
【請求項４】
前記排気空燃比の時間変化率は、エンジンの回転数または車速が大きいほど多くなるという関係が記憶された記憶装置を更に備え、
前記故障判定手段は、前記関係と前記空燃比検出手段で検出された前記排気空燃比とを利用して故障排気弁を有する気筒を判定することを特徴とする請求項２に記載の故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、要求に応じて吸排気弁の作動を停止する弁停止機構を備える内燃機関において、その弁停止機構の故障を検出する故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において、その一部の気筒について吸排気弁の作動を停止させることによってその運転を休止する休筒運転モードを備える内燃機関が知られている。こうした内燃機関における吸排気弁の作動状態を判定する装置として特許文献１に開示されている技術が知られている。この装置は、全筒運転から部分気筒休止運転へと移行した後における排気ガスの空燃比に基づいて、休筒運転中の気筒の弁停止機構の動作異常を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、内燃機関の排気ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などの浄化すべき物質が含まれており、これらの物質を浄化するために、排気通路に三元触媒を設けたものがある。休筒運転時に弁故障が起きると触媒へと流出する燃料ガスを含まない空気の比率が増加し、触媒に酸素過多の状態が生じる。この状態では、触媒の浄化作用が低下してしまうほか、触媒自体の劣化を招く。この触媒の劣化状態を把握するためには、触媒へと流入する排ガスの状態を知る必要がある。中でも故障した弁数を把握することが好ましい。しかしながら、特許文献１の技術においては、気筒に複数の弁が存在するような場合に故障弁の数を把握することが困難である。
【０００５】
そこで本発明は、弁停止機構を備える内燃機関において、弁停止要求に対して動作異常弁の個数を判別することを可能とした弁停止機構の故障検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明にかかる故障検出装置は、要求に応じて吸排気弁の作動を停止させる弁停止機構を備える内燃機関における該弁停止機構の故障を検出する故障検出装置において、内燃機関が有する気筒には、複数の排気弁が存在し、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、弁停止要求時以降の空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度に基づいて、停止要求時に閉弁保持できない故障排気弁の数を検出する故障判定手段と、を備え、故障判定手段は、排気空燃比の変化速度が大きいほど故障排気弁の数が多いと判断することを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関が複数の気筒を有している場合、故障判定手段は、空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度が変化するタイミングに基づいて故障排気弁を有する気筒を判定するとよい。
【０００８】
ここで、排気空燃比の時間変化率は、エンジンの回転数または車速が大きいほど多くなるという関係が記憶された記憶装置を更に備え、故障判定手段は、関係と空燃比検出手段で検出された排気空燃比とを利用して故障排気弁の数を検出してもよい。また、排気空燃比の時間変化率は、エンジンの回転数または車速が大きいほど多くなるという関係が記憶された記憶装置を更に備え、故障判定手段は、関係と空燃比検出手段で検出された排気空燃比とを利用して故障排気弁を有する気筒を判定してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
弁停止要求中に開弁している弁数が多いほど排気側へと流出する新空気量が多くなり、排気空燃比のリーン側への移行速度が速くなる。したがって、排気空燃比のリーン側への移行速度（排気空燃比の変化速度）に基づいて閉弁保持できない故障排気弁の数を検出することができる。
【００１０】
弁停止機構が故障している場合には、通常時と同様のタイミングで弁が作動する。この作動タイミングに応じて排気空燃比がリーン側へと移行するので、移行タイミングから弁の作動タイミングを知ることができ、該当気筒を特定することが可能である。
【００１１】
エンジン回転数または車速に応じて排気空燃比の変化速度は異なってくるから、これと故障排気弁との関係を変化させると精度よく判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明にかかる弁停止機構検出装置を含む内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の装置における故障判定手法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図２の判定時の排気空燃比の変化例を示すグラフである。
【図４】図２の判定時の排気空燃比の別の変化例を示すグラフである。
【図５】図２の判定時の排気空燃比のさらに別の変化例を示すグラフである。
【図６】エンジン回転数、車速と空気量の関係を示すグラフである。
【図７】エンジン回転数、車速と空燃比の時間変化率の関係を示すグラフである。
【図８】エンジン回転数の違いによる故障弁個数による排気空燃比の変化の差異を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１に、本発明に係る弁停止機構の故障診断装置のブロック図を示す。本実施形態における当該故障診断装置は、エンジン（内燃機関）の制御を行うエンジン制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１の一部としてソフトウェアにより提供される。このエンジン制御ＥＣＵ１は、計算処理を行うＣＰＵ（CentralProcessing Unit）１０、記憶装置であるＲＡＭ(Randam Access Memory)１５、ＲＯＭ(Read only memory)１６から構成される。この故障診断装置をエンジン制御ＥＣＵ１から独立して設けてもよく、その他のＥＣＵと統合することも可能である。
【００１５】
ＣＰＵ１０には、フューエルカット（Fuel Cut＝ＦＣ）要求・弁停止要求処理部１１、弁故障検出処理部１２、異常検出後処理部１３、ソレノイド駆動処理部１４を備える。これらの各処理部は、例えば、ＣＰＵ１０上で作動するソフトウェアによって実現されればよく、ソフトウェアはそれぞれ独立していなくとも一部を共有していてもよく、同一のプログラム内で機能を実現してもよい。
【００１６】
さらに、エンジン制御ＥＣＵ１には、クランク角度を検出するクランク角度センサ２１、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ２２、排気空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ２３の各出力が入力されている。Ａ／Ｆセンサ２３としては、例えば、Ｏ２センサを用いるとよい。一方、エンジン制御ＥＣＵ１は、各気筒の吸気弁、排気弁それぞれの作動を制御する吸気弁ソレノイド４１〜４４、排気弁ソレノイド５１〜５４と、燃料供給を行う各インジェクタ（図示せず。）に対する制御信号を出力する。
【００１７】
本発明にかかる故障診断装置を搭載した車両は、前述した休筒運転モードを備えている。具体的には、フューエルカット要求・弁停止要求処理部１１が、クランク角度センサ２１、アクセル開度センサ２２の出力に基づいて弁停止要求の有無を判定し、ソレノイド駆動処理部１４に指示して各吸気弁ソレノイド４１〜４４、排気弁ソレノイド５１〜５４の作動を制御することで、弁の作動を停止させる。
【００１８】
吸排気弁を停止させるシステムが故障して、ＦＣ時に閉弁動作できなかった場合、触媒に低温の空気が流れ込むことによりその性能低下や触媒そのものの劣化を招くおそれがある。また燃費悪化の要因にもなる。一方、ＦＣからの復帰時に正常に弁が作動しない場合には、バックファイア等の障害を引き起こす可能性がある。そのため、弁停止機構の故障を早期にかつ確実に検出する必要がある。以下、本発明にかかる故障診断装置における弁停止機構の故障診断手法を例示する。この診断手法は、ＣＰＵ１０によって実施されるものである。
【００１９】
図２は、故障診断実施例を示すフローチャートである。最初に、弁故障検出処理部１２は、Ａ／Ｆセンサ２３の出力から排気Ａ／Ｆ値を検出する（ステップＳ１）。次に、弁停止要求中か否かを判定する（ステップＳ２）。弁停止要求中でない場合には、その後の処理を行うことなく処理を終了する。一方、弁停止要求中である場合には、ステップＳ３へと移行し、弁停止要求からの経過時間ｔｘを算出する。次に、検出した排気Ａ／Ｆ値がストイキ値より一定程度以上空気（酸素）が多いリーン状態であるか否かを判定する（ステップＳ４）。リーン状態でない、具体的には、ストイキ状態のときには、ステップＳ６へと移行して排気弁故障なしと判定する。一方、リーン状態である場合には、ステップＳ５へと移行して、Ａ／Ｆの変化状況を予めＲＯＭ１５等に格納しているマップと比較することにより、故障している排気弁を特定し、処理を終了する。
【００２０】
具体的な排気弁の特定手法について述べる。図３は、異なる気筒の排気弁が故障している場合における排気Ａ／Ｆの変化を示したものである。ここでは、４気筒式であって、通常時に第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒、第１気筒の順に排気弁が開弁する場合を例に説明する。なお、いずれもいずれか一つの気筒の排気弁１つが故障している場合を例に説明する。
【００２１】
第１気筒の弁停止機構が故障した場合には、第１気筒の通常時の排気弁開弁タイミングｔ１から速やかに排気Ａ／Ｆはリーン側へと移行する図中ａで示される推移を描く。一方、第２気筒の弁停止機構が故障した場合には、これよりリーン側への移行は遅れ、通常時の第２気筒の排気弁開弁タイミングｔ２から排気Ａ／Ｆがリーン側へと移行する図中ｂで示される推移を描くことになる。第３気筒の弁停止機構が故障した場合には、さらに、リーン側への移行は遅れ、通常時の第３気筒の排気弁開弁タイミングｔ３から排気Ａ／Ｆがリーン側へと移行する図中ｃで示される推移を描くことになる。したがって、排気Ａ／Ｆがリーン側へと移行するタイミングを通常の開弁タイミングと比較することで、どの気筒の排気弁が故障しているか否かを判定することができる。
【００２２】
次に一つの気筒に複数の排気弁が存在している場合を考える。図４は、同一気筒において異なる個数の弁が故障した場合における排気Ａ／Ｆの変化を示したものである。ここでは、第１気筒に３つの排気弁がある場合を考える。図中Ａ線は、全ての弁が正常に動作している場合のＡ／Ｆ遷移であり、ストイキ状態で維持される。図中Ｂ線、Ｃ線、Ｄ線はそれぞれ故障排気弁数が１個、２個、３個の場合を示しているが、図から明らかなように、故障排気弁数が多くなるにしたがって、排気Ａ／Ｆがリーン側へと移行するのが速くなる。言い換えると、空燃比の変化速度は故障排気弁数が多いほど大きくなる。Ｂ線、Ｃ線、Ｄ線のそれぞれにおいて、所定のリーン状態αに達した時点をｔｂ、ｔｃ、ｔｄとすると、ｔｄが最も早く到来し、ｔｃ、ｔｂの順になる。したがって、空燃比の変化速度に基づいて故障排気弁数を判定することができる。
【００２３】
次に、複数の気筒の排気弁が同時に故障した場合の挙動を説明する。図５は、複数の気筒が同時に故障した場合の排気Ａ／Ｆの変化を示している。ここでは、それぞれ１個の排気弁を有する４気筒式の内燃機関において、１つないし４つの気筒で排気弁が同時に故障した場合を示す。図中Ａ線は、全ての弁が正常に動作している場合のＡ／Ｆ遷移であり、ストイキ状態で維持される。図中Ｂ線、Ｃ線、Ｄ線、Ｅ線はそれぞれ故障排気弁のある気筒が第１気筒のみ、第１気筒と第２気筒、第１気筒から第３気筒、４気筒全ての場合を示している。図から明らかなように、第１気筒の通常の開弁タイミング（ｔ１）から第２気筒の通常の開弁タイミング（ｔ２）までの挙動はＢ線〜Ｅ線のいずれも一致している。しかし、ｔ２段階で、Ｃ線〜Ｅ線の場合は、Ｂ線に比べて排気Ａ／Ｆがリーン側へと移行するのが速くなる。その後、各開弁タイミングごとに当該開弁タイミングの気筒が故障排気弁のある気筒である場合には、それ以前に比べて排気Ａ／Ｆがリーン側へと移行する速度が速くなる。したがって、各タイミングにおける空燃比の変化速度に基づいて複数の気筒で故障が起こっている場合であっても故障している気筒、弁数を判定することができる。
【００２４】
ここで、図６に示されるように、排気空気量は、エンジン回転数または車速が大きいほど多くなる。また、故障している排気弁が同一の場合であっても、図７に示されるように、排気Ａ／Ｆの時間変化率（ｄＮＴ／ｄｔ）は、エンジン回転数または車速が大きいほど多くなる。そこで、正常作動時、各種弁故障時のこれらの関係を予めＲＯＭ１５等に記憶しておいて、実際の変化率をこれと比較することで、故障した弁の個数等を判定するとよい。
【００２５】
図８は、エンジン回転数の違いによる排気弁正常時または故障時の排気Ａ／Ｆの推移を比較して示す図である。ここでは、同一気筒における排気弁の故障数が０（正常の場合）をＡ線、１個、２個、３個の場合をそれぞれＢ線、Ｃ線、Ｄ線で示す。図８（ａ）は、エンジン回転数が低い場合、図８（ｂ）は、エンジン回転数がこれより高い場合を示している。エンジン回転数が高いほど単位時間あたりの排気量が多くなるため、リーン側への移行が早くなる。いずれの場合においても故障している弁が多いほど移行が早くなる点は共通している。図に示される傾向に基づいて故障している弁の個数、該当気筒を精度よく検出することが可能である。
【００２６】
以上、述べたように、本発明にかかる故障診断装置によれば、弁停止要求時以降の排気Ａ／Ｆの推移（変化速度）に基づいて故障した弁停止機構、特に、閉弁保持できない故障排気弁を特定することができる。このため、異常検出後処理部１３において、休筒運転を行う気筒を切り換える対処が容易である。
【符号の説明】
【００２７】
１…エンジン制御ＥＣＵ、１０…ＣＰＵ、１１…フューエルカット要求・弁停止要求処理部、１２…弁故障検出処理部、１３…異常検出後処理部、１４…ソレノイド駆動処理部、１５…ＲＯＭ、１６…ＲＡＭ、２１…クランク角度センサ、２２…アクセル開度センサ、２３…Ａ／Ｆセンサ、４１〜４４…吸気弁ソレノイド、５１〜５４…排気弁ソレノイド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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